Спин-орбитальное взаимодействие в пленках висмута малой толщины

Abstract

Проанализированы магнитополевые зависимости сопротивления тонких пленок висмута толщиной 100–700 Å при низких температурах в рамках представлений о квантовых поправках к проводимости при слабой локализации электронов. Показано, что время спин-орбитального рассеяния τso существенно меньше времени фазовой релаксации электронов τφ (случай сильного спин-орбитального взаимодействия). При этом обнаружена тенденция роста τso при увеличении толщины пленки, что свидетельствует о доминирующей роли поверхностного рассеяния электронов для спин-орбитальных процессов. По-видимому, при поверхностном рассеянии сильная спиновая релаксация связана с градиентом внутреннего кристаллического потенциала вблизи поверхности кристалла, приводящим к снятию вырождения спина и появлению спиновой щели (механизм Рашбы).

Проаналізовано магнітопольові залежності опору тонких плівок вісмуту товщиною 100–700 Å при низьких температурах у межах уявлень щодо квантових поправок до провідності при слабкої локалізації електронів. Показано, що час спін-орбітального розсіювання τso істотно менше часу фазової релаксації електронів τφ (випадок сильної спін-орбітальної взаємодії). При цьому виявлено тенденцію росту τso з підвищенням товщини плівки, що свідчить про домінуючу роль поверхневого розсіювання електронів для спін-орбітальних процесів. Мабуть, при поверхневому розсіюванні сильна спінова релаксація пов’язана з градіентом внутрішнього кристалічного потенціалу поблизу поверхні кристала, що призводить до зняття виродження спіну та появи спінової щілини (механізм Рашби).

The magnetic field dependencies of resistance of bismuth thin films 100–700 Å at low temperatures are analysed in the context of the concepts of quantum corrections to conductivity of electrons at weak electron localization. It is shown that the spin-orbit scattering time τso is essentially smaller than the electron phase relaxation one τφ (the case of strong spin-orbit interaction) and has a tendency for an increased with film thickness. This suggests that the role of surface electron scattering in the spin-orbit processes is dominant. We assume that for this scattering the strong spin relaxation is accounted for by the inner crystal potential near the crystal surface which leads to lifting the spin degeneration and a spin gape appearance (the Rashba mechanism).